(57)【要約】  【課題】熱交換の効率性を向上させることのできるスタックを有する熱交換器及びその熱交換器を用いた熱音響装置を提供する。  【解決手段】複数のスタック構成要素３ｅＬ、３ｅＨを積層した第一のスタック３ａと、この第一のスタック３ａの両端に設けられた第一高温側熱交換器４及び第一低温側熱交換器５を備え、第一高温側熱交換器４及び第一低温側熱交換器５と間の温度差によって自励の音波を発生させ、第二高温側熱交換器６及び第二低温側熱交換器７に挟まれた第二のスタック３ｂで熱エネルギーに変換する熱音響装置１において、第一高温側熱交換器４及び第二高温側熱交換器６側から順に、熱伝導率の低いスタック構成要素３ｅＬ、熱伝導率の高いスタック構成要素３ｅＬ、熱伝導率の低いスタック構成要素３ｅＬ、及び、第一・第二低温側熱交換器５、７と配する。  【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスタック構成要素を積層したスタックと、当該スタックの一端側に設けられた高温側熱交換器と、前記スタックの他端側に設けられた低温側熱交換器とを備え、前記高温側熱交換器と低温側熱交換器との間に生じた温度差によってスタックの導通路内に温度勾配を生じさせ、当該スタックから音波を発生させる熱交換器において、前記積層されたスタックの両端側を熱伝導率の低いスタック構成要素とし、その熱伝導率の低いスタック構成要素の間に、相対的に熱伝導率の高いスタック構成要素を設けたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
複数のスタック構成要素を積層したスタックと、当該スタックの一端側に設けられた高温側熱交換器と、前記スタックの他端側に設けられた低温側熱交換器とを備え、前記スタック内に音波を入力することによって高温側熱交換器と低温側熱交換器との間に温度勾配を生じさせ、前記高温側熱交換器、若しくは、低温側熱交換器から熱を外部に出力する熱交換器において、前記スタックの両端側を熱伝導率の低いスタック構成要素とし、その熱伝導率の低いスタック構成要素の間に、相対的に熱伝導率の高いスタック構成要素を設けたことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
前記熱伝導率の高いスタック構成要素が、両端側の熱伝導率の低いスタック構成要素の厚みよりも厚くした請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記各スタック構成要素を高温側熱交換器及び低温側熱交換器の挟み込み力によって積層した請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記各スタック構成要素を自重によって積層した請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項６】
ループ管の内部に、第一高温側熱交換器及び第一低温側熱交換器に挟まれた第一のスタックと、第二高温側熱交換器及び第二低温側熱交換器に挟まれた第二のスタックとを具備してなり、前記第一高温側熱交換器を加熱することによって自励による定在波及び進行波を発生させ、この定在波及び進行波によって前記第二低温側熱交換器を冷却し、若しくは、前記第一低温側熱交換器を冷却することによって自励による定在波及び進行波を発生させ、この定在波及び進行波によって前記第二高温側熱交換器を加熱する熱音響装置であって、前記第一のスタック及び第二のスタックの両端側を熱伝導率の低いスタック構成要素とし、その熱伝導率の低いスタック構成要素の間に、相対的に熱伝導率の高いスタック構成要素を設けたことを特徴とする熱音響装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱音響効果を利用して冷却対象物を冷却し、若しくは、加熱対象物を加熱することのできる熱音響装置に関するものであり、より詳しくは、熱エネルギーから音エネルギーへ、若しくは、音エネルギーから熱エネルギーへの変換効率を向上させるようにした熱交換器及びその熱交換器を用いた熱音響装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
音響効果を利用した熱交換装置に関しては下記の特許文献１や特許文献２などに記載されるものが存在する。
【０００３】
まず、特許文献１に記載される装置は、熱音響効果を利用した冷却装置に関するもので、作動流体を封入したループ管の内部に、高温側熱交換器及び低温側熱交換器に挟まれた第一のスタックと、高温側熱交換器及び低温側熱交換器に挟まれた蓄冷器（第二のスタック）と、第一のスタック側の高温側熱交換器を加熱することによって自励の定在波及び進行波を発生させ、この定在波及び進行波によって蓄冷器側の低温側熱交換器を冷却させるようにしたものである。
【０００４】
また、特許文献２には、このような熱音響装置のスタックに関するものとして、複数枚の多孔板およびＯリングを熱輸送方向に交互に並べたスタックの構造が開示されている。この文献２によれば、このスタックは、この多孔板を蓄熱効果の高い物質で構成し、また、隣り合う多孔板の間であって、かつ、Ｏリングとの間の空気層を熱伝導率の低い物質で構成して熱輸送方向と逆方向への熱の移動を抑制し、また、多孔板の壁面に熱を蓄えるようにしたものである。更に、この特許文献２には、スタックの別の実施の形態として、蓄熱効果の高い物質からなる円板と熱伝導率の低い物質からなる円板とを交互に並べるようにした構成が開示されている。
【特許文献１】特開２０００―８８３７８号公報
【特許文献２】特開平１０−６８５５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献２に用いられているスタックは、その両端部を蓄熱効果の高いスタックとし、その間に、蓄熱効果の高いスタックと熱伝導率の低いスタックとを交互に並べるような構成としているため、次のような問題を生ずる。
【０００６】
すなわち、スタックの両端部には高温側熱交換器や低温側熱交換器が取り付けられることになるが、この高温側熱交換器や低温側熱交換器側に蓄熱効果の高いスタックを取り付けると、その高温側熱交換器や低温側熱交換器の熱がスタックの内部に蓄積されてしまい、作動流体との間でうまく熱交換を行うことができなくなってしまう。特に、高温側熱交換器を数百℃に加熱するような状況では、その高温側熱交換器側のスタックで作動流体との間で熱交換を行うことができなくなってしまう。更に、蓄熱効果の高いスタックを高温側熱交換器側と低温側熱交換器側に密着して設けると、高温側熱交換器の熱が蓄熱効果の高いスタックを介して低温側熱交換器側へ移送されてしまい、低温側熱交換器の温度を高くしてしまう可能性がある。そして、このように低温側熱交換器の温度を高くしてしまうと、高温側熱交換器と低温側熱交換器との温度勾配が小さくなり、導通路内から音波を迅速に発生させることができず、熱交換の効率性が悪くなってしまう。
【０００７】
そこで、本発明は上記課題に着目してなされたもので、熱交換の効率性を向上させることのできるようなスタックを備えた熱交換器、及び、その熱交換器を用いた熱音響装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記課題を解決するために、複数のスタック構成要素を積層したスタックと、当該スタックの一端側に設けられた高温側熱交換器と、前記スタックの他端側に設けられた低温側熱交換器とを備え、前記高温側熱交換器と低温側熱交換器との間に生じた温度差によってスタックの導通路内に温度勾配を生じさせ、当該スタックから音波を発生させる熱交換器において、前記積層されたスタックの両端側を熱伝導率の低いスタック構成要素とし、その熱伝導率の低いスタック構成要素の間に、相対的に熱伝導率の高いスタック構成要素を設けるようにしたものである。
【０００９】
このように構成すれば、両端部に熱伝導率の低いスタック構成要素を設けているため、高温側熱交換器などからの熱をスタックを介して低温側熱交換器側へ移送させることを低減することができ、高温側熱交換器と低温側熱交換器との温度差を大きくすることができる。これにより、温度勾配を大きくして迅速に定在波及び進行波を発生させ、熱交換の効率性を向上させることができるようになる。
【００１０】
また、別の発明では、複数のスタック構成要素を積層したスタックと、当該スタックの一端側に設けられた高温側熱交換器と、前記スタックの他端側に設けられた低温側熱交換器とを備え、前記スタック内に音波を入力することによって高温側熱交換器と低温側熱交換器との間に温度勾配を生じさせ、前記高温側熱交換器、若しくは、低温側熱交換器から熱を外部に出力する熱交換器において、前記スタックの両端側を熱伝導率の低いスタック構成要素とし、その熱伝導率の低いスタック構成要素の間に、相対的に熱伝導率の高いスタック構成要素を設ける。
【００１１】
このように構成すれば、音エネルギーから熱エネルギーへ変換する際、高温側熱交換器側から低温側熱交換器側に向けて高い熱が移送されてしまうというようなことがなくなり、低温側熱交換器の冷却温度を低くして、冷却対象物をより冷却することなどができるようになる。
【００１２】
また、このような発明において、この熱伝導率の高いスタック構成要素を、熱伝導率の低いスタック構成要素の厚みよりも厚くする。
【００１３】
このようにすれば、導通路内に存在する作動流体との熱交換を行うための面積を大きくすることができ、迅速に音波を発生させて熱交換の効率性を向上させることができるようになる。
【００１４】
更に、各スタック構成要素を高温側熱交換器及び低温側熱交換器の挟み込み力によって積層する。
【００１５】
このようにすれば、接着剤などを用いて各スタック構成要素を積層する場合に比べて、簡単にスタック構成要素を積層することができる。特に、接着剤を用いた場合は、溢れた接着剤によって微小径の導通路を塞いでしまう可能性があるが、単に高温側熱交換器と低温側熱交換器とで挟み込むだけの構成とすれば、このような導通路を塞いでしまうようなことがなくなる。
【００１６】
また、スタック構成要素を積層する場合の別の態様として、各スタック構成要素を自重で積層する。
【００１７】
このようにすれば、高温側熱交換器と低温側熱交換器とで各スタック構成要素を挟み込む必要がなくなり、簡単にスタック構成要素を積層することができるようになる。
【００１８】
そして、このような熱交換器は、次のような熱音響装置に適用される。すなわち、ループ管の内部に、第一高温側熱交換器及び第一低温側熱交換器に挟まれた第一のスタックと、第二高温側熱交換器及び第二低温側熱交換器に挟まれた第二のスタックとを具備し、前記第一高温側熱交換器を加熱することによって自励による定在波及び進行波を発生させ、この定在波及び進行波によって前記第二低温側熱交換器を冷却し、若しくは、前記第一低温側熱交換器を冷却することによって自励による定在波及び進行波を発生させ、この定在波及び進行波によって前記第二高温側熱交換器を加熱する熱音響装置に適用する。そして、この第一のスタック及び第二のスタックの両端側を熱伝導率の低いスタック構成要素とし、その熱伝導率の低いスタック構成要素の間に、相対的に熱伝導率の高いスタック構成要素を設けるようにする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の熱交換器は、複数のスタック構成要素を積層したスタックと、当該スタックの一端側に設けられた高温側熱交換器と、前記スタックの他端側に設けられた低温側熱交換器とを備え、前記高温側熱交換器と低温側熱交換器との間に生じた温度差によってスタックの導通路内に温度勾配を生じさせ、当該スタックから音波を発生させる熱交換器において、前記積層されたスタックの両端側を熱伝導率の低いスタック構成要素とし、その熱伝導率の低いスタック構成要素の間に、相対的に熱伝導率の高いスタック構成要素を設けるようにしたので、高温側熱交換器などからの熱をスタックを介して低温側熱交換器側へ移送させることが少なくなり、高温側熱交換器と低温側熱交換器との温度差を大きくすることができる。これにより、温度勾配を大きくして迅速に定在波及び進行波を発生させ、熱交換の効率性を向上させることができるようになる。
【００２０】
また、別の発明では、複数のスタック構成要素を積層したスタックと、当該スタックの一端側に設けられた高温側熱交換器と、前記スタックの他端側に設けられた低温側熱交換器とを備え、前記スタック内に音波を入力することによって高温側熱交換器と低温側熱交換器との間に温度勾配を生じさせ、前記高温側熱交換器、若しくは、低温側熱交換器から熱を外部に出力する熱交換器において、前記スタックの両端側を熱伝導率の低いスタック構成要素とし、その熱伝導率の低いスタック構成要素の間に、相対的に熱伝導率の高いスタック構成要素を設けるようにしたので、音エネルギーから熱エネルギーへ変換する際、高温側熱交換器側から低温側熱交換器側に向けて高い熱が移送されてしまうことがなくなる。これにより、低温側熱交換器の冷却温度を低くして、冷却対象物をより冷却することなどができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る熱音響装置１の第一の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
この実施の形態における熱音響装置１は、図１に示すように、全体として略長方形状に構成されたループ管２の内部に、第一高温側熱交換器４、第一低温側熱交換器５、第一のスタック３ａからなる第一の熱交換器３００と、第二高温側熱交換器６、第二低温側熱交換器７、第二のスタック３ｂからなる第二の熱交換器３１０とを設けて構成されるもので、第一の熱交換器３００側の第一高温側熱交換器４を加熱することによって自励による定在波及び進行波を発生させ、この定在波及び進行波による音エネルギーを第二の熱交換器３１０側へ移送することによって第二の熱交換器３１０側に設けられた第二の熱交換器３１０側で熱エネルギーに変換し、第二低温側熱交換器７を冷却するようにしたものである。
【００２３】
そして、この実施の形態においては、第一高温側熱交換器４と第一低温側熱交換器５との温度差を大きくして定在波及び進行波の発生時間を短縮化すべく、第一のスタック３ａをループ管の軸方向と垂直な方向に分割し、それぞれの分割された各スタック構成要素３ｅＬ、３ｅＨを、第一高温側熱交換器４側から順に、熱伝導率の低いスタック構成要素３ｅＬ、熱伝導率の高いスタック構成要素３ｅＨ、熱伝導率の低いスタック構成要素３ｅＬと３層に配するようにしたものである。また、更に、この自励による定在波及び進行波に基づく音エネルギーを熱エネルギーに効率よく変換すべく、第二のスタック３ｂ側についても同様に、第二高温側熱交換器６側から順に、熱伝導率の低いスタック構成要素３ｅＬ、熱伝導率の高いスタック構成要素３ｅＨ、熱伝導率の低いスタック構成要素３ｅＬと３層に配するようにしたものである。以下、この熱音響装置１の具体的構成について詳細に説明する。
【００２４】
熱音響装置１を構成するループ管２は、閉曲線をなすように一対の直線管部２ａと、これらの直線管部２ａを連結する連結管部２ｂとを設けて構成される。これらの直線管部２ａ、連結管部２ｂは、金属製のパイプによって構成されるが、材質は金属に限らず、透明なガラス、若しくは、樹脂などによって構成することもできる。透明なガラスや樹脂などの材料で構成した場合は、実験等における第一のスタック３ａや第二のスタック３ｂの位置の確認や管内の状況を容易に観察することができる。
【００２５】
そして、このように構成されたループ管２の内部には、第一高温側熱交換器４、第一低温側熱交換器５及び第一のスタック３ａからなる第一の熱交換器３００と、第二高温側熱交換器６、第二低温側熱交換器７及び第二のスタック３ｂからなる第二の熱交換器３１０とを設けている。
【００２６】
この第一高温側熱交換器４及び第一低温側熱交換器５は、共に熱容量の大きい金属などで構成され、図３に示すように、その内側にループ管２の軸方向に沿った微小径の導通路３０を設けている。これらの熱交換器４、５のうち、第一高温側熱交換器４は、第一のスタック３ａの上面に接するように取り付けられ、外部から供給された電力によって、例えば、約６００℃に加熱される。なお、この第一高温側熱交換器４は、電力だけでなく、廃熱や未利用エネルギーなどによって加熱されるようにしても良い。
【００２７】
一方、第一低温側熱交換器５は、同様に、第一のスタック３ａの下面に接するように取り付けられ、その外周部分に水などを循環させて相対的に第一高温側熱交換器４よりも低い温度、例えば、１５℃〜１６℃に設定される。
【００２８】
これら第一高温側熱交換器４と第一低温側熱交換器５との間に設けられる第一のスタック３ａは、ループ管２の内側壁面に接する円柱状のもので、図３に示すように、熱伝導率の異なる複数のスタック構成要素３ｅＬ、３ｅＨを積層して構成される。これらのスタック構成要素３ｅＬ、３ｅＨは、例えば、セラミクス、燒結金属、金網、金属製不織布などの素材が用いられ、第一高温側熱交換器４側から順に、熱伝導率の低いスタック構成要素３ｅＬ、熱伝導率の高いスタック構成要素３ｅＨ、熱伝導率の低いスタック構成要素３ｅＬと配される。これらのスタック構成要素３ｅＬ、３ａＨのうち、熱伝導率の高いスタック構成要素３ｅＨは、相対的に熱伝導率の低いスタック構成要素３ｅＬよりも厚く構成され、このようにすることによって、作動流体と熱交換を行いうる面積を大きくしている。これらの各スタック構成要素３ｅＬ、３ｅＨの内側には、図２に示すように、ループ管２の軸方向に沿った微小径の貫通した導通路３０を複数有している。これらの各スタック構成要素３ｅＬ、３ｅＨは、それぞれ密着するように上下方向に積層されている。なお、このように各スタック構成要素３ｅＬ、３ｅＨを積層する場合、接着剤を用いて積層すると、その内側に設けられた微小径の導通路３０を溢れ出た接着剤で塞いでしまう可能性がある。このため、接着剤を用いることなく、例えば、第一高温側熱交換器４と第一低温側熱交換器５との幅を第一のスタック３ａの厚み幅と同じ幅に設定し、この第一高温側熱交換器４と第一低温側熱交換器５との挟み込み力によってそれぞれのスタック構成要素３ｅＬ、３ｅＨを挟み込む。また、この第一のスタック３ａがループ管２の起立する直線管部２ａ内に設けられる場合は、それぞれのスタック構成要素３ｅＬ、３ｅＨの自重によって各スタック構成要素３ｅＬ、３ｅＨを密着するように積層する。
【００２９】
また、この各スタック構成要素３ｅＬ、３ｅＨの平面方向における熱伝導率は一定となるように、例えば、単一の素材で構成される。平面方向における熱伝導率が不均一であると、第一のスタック３ａの内側と外側で温度差が生じ、不均一な音波が発生して定在波及び進行波の発生時間が遅くなり、熱交換の効率性が悪くなってしまう。このため、各スタック構成要素３ｅＬ、３ｅＨを単一の素材で構成し、平面方向における熱伝導率を同じにする。
【００３０】
そして、このように第一高温側熱交換器４、第一低温側熱交換器５、第一のスタック３ａから構成された第一の熱交換器３００は、第一高温側熱交換器４を上側に設けた状態で直線管部２ａの中央よりも下方側に設けられる。このように第一のスタック３ａを直線管部２ａの中央より下方に設けるのは、第一高温側熱交換器４を加熱した際に生じる上昇気流を利用して迅速に音波を発生させるためであり、また、第一高温側熱交換器４を上側に設けるのは、第一高温側熱交換器４を加熱する際に発生する暖かい作動流体を第一のスタック３ａの導通路３０内に入り込ませないようにして第一低温側熱交換器５との間に大きな温度勾配を形成するためである。
【００３１】
次に、このように構成された第一の熱交換器３００の作用について説明する。まず、この第一の熱交換器３００の第一高温側熱交換器４を加熱するとともに第一低温側熱交換器５を冷却すると、この第一高温側熱交換器４と第一低温側熱交換器５の方向（軸方向）へ向けて熱が移送される。この際、第一高温側熱交換器４で約６００℃に加熱された熱が第一のスタック３ａを介して第一低温側熱交換器５へ移送されことになるが、第一のスタック３ａの端部に設けられた熱伝導率の低いスタック構成要素３ｅＬによってその熱の移送が阻害される。これにより、第一低温側熱交換器５にその熱が移送されることなく、第一高温側熱交換器４と第一低温側熱交換器５の温度差を大きくすることができる。一方、この第一高温側熱交換器４で約６００℃に加熱された熱は、第一のスタック３ａの導通路３０内の作動流体を介して、第一低温側熱交換器５側へ移送される。これによって第一高温側熱交換器４と第一低温側熱交換器５との間に温度勾配が形成されるが、この作動流体に生じた温度勾配によって作動流体のゆらぎが生じ、第一のスタック３ａとの間で熱交換を行いながら音波が発生する。このとき、相対的に熱伝導率の高いスタック構成要素３ｅＨとの間で大きな熱交換が行われ、迅速に音波を発生させて熱交換の効率性を向上させることができる。
【００３２】
このように発生した音波は、ループ管２内において定在波及び進行波となり、音エネルギーとして第二の熱交換器３１０側へ移送される。
【００３３】
この第二の熱交換器３１０は、第二高温側熱交換器６、第二低温側熱交換器７、第二のスタック３ｂから構成される。この第二高温側熱交換器６及び第二低温側熱交換器７は、共に熱容量の大きい金属などで構成され、第一のスタック３ａと同様に、第二のスタック３ｂの両端側に取り付けられるとともに、その内側に定在波及び進行波を導通させるための微小径の導通路３０を設けている。この第二高温側熱交換器６は、外周部分に水を循環させて、例えば、１５℃〜１６℃に設定される。一方、第二低温側熱交換器７は、熱の出力部を有しており、外部の冷却対象物を冷却できるようにしている。この冷却対象物としては、例えば、外気や、発熱を伴う家電製品、パーソナルコンピュータのＣＰＵなどが考えられる。また、第二のスタック３ｂは、第一のスタック３ａと同様の構成を有している。すなわち、第二高温側熱交換器６側から順に、熱伝導率の低いスタック構成要素３ｅＬ、熱伝導率の高いスタック構成要素３ｅＨ、熱伝導率の低いスタック構成要素３ｅＬと３層に配している。また、熱伝導率の高いスタック構成要素３ｅＨは相対的に熱伝導率の低いスタック構成要素３ｅＬよりも厚く構成される。このように構成された第二の熱交換器３１０は、図４に示すように、ループ管２における音波の粒子速度変動と音圧変動が同相になる位置の近傍に設けられる。
【００３４】
このループ管２の内部には、ヘリウム、アルゴンなどのような不活性ガスが封入される。なお、このような不活性ガスに限らず、窒素や空気などのような作動流体を封入しても良い。これらの作動流体は、０．０１ＭＰａ〜５ＭＰａに設定される。
【００３５】
このような作動流体を封入するに際してプラントル数が小さく、また、比重も小さいヘリウムなどを使用すれば、音波の発生までの時間を短縮化することができる。しかし、このような作動流体を用いると、音速が早くなってしまい、スタック内壁との間でうまく熱交換を行うことができない。また、逆に、プラントル数が大きく、また、比重も大きいアルゴンなどを使用すると、今度は粘性が高くなって音波を迅速に発生させることができなくなる。このため、好ましくは、ヘリウムとアルゴンの混合ガスを用いるようにする。このような混合ガスの封入は、次のようにして行う。
【００３６】
まず、始めにプラントル数が小さく、また、比重も小さいヘリウムをループ管２内に封入しておき、迅速に音波を発生させる。そして、発生した音波の音速を低下させるべく、次にアルゴンなどのようなプラントル数が大きく、また、比重も大きいガスを注入する。このアルゴンの混入に際しては、図１に示すように、上側に設けられた連結管部２ｂの中央部分にヘリウム気体注入装置９ａとアルゴン気体注入装置９ｂを設け、そこからアルゴンを注入する。すると、アルゴンは、左右の直線管部２ａに均一に分離し、下方に向かって内部のヘリウムと混合する。これらの混合ガスの圧力は、０．０１ＭＰａ〜５ＭＰａに設定される。
【００３７】
次に、このように構成された熱音響装置１の動作について説明する。
【００３８】
まず、ループ管２にヘリウム気体注入装置９ａを用いてヘリウムを封入しておき、この状態で第一の熱交換器３００の第一低温側熱交換器５及び第二の熱交換器３１０の第二高温側熱交換器６の外周部分に水を循環させる。この状態で第一の熱交換器３００の第一高温側熱交換器４を約６００℃に加熱し、また、第一低温側熱交換器５を約１５〜１６℃に設定する。すると、第一高温側熱交換器４から第一低温側熱交換器５への方向に熱が移送される。この際、第一高温側熱交換器４からの熱が第一のスタック３ａの部材を介して第一低温側熱交換器５へ移送されるが、この熱の移送は、熱伝導率の低いスタック構成要素３ｅＬの存在によって阻害される。これにより、第一高温側熱交換器４と第一低温側熱交換器５との温度差を大きくすることができる。一方、この第一高温側熱交換器４の熱（６００℃）は、第一のスタック３ａの導通路３０内の作動流体によって第一低温側熱交換器５側へ移送される。これにより第一高温側熱交換器４と第一低温側熱交換器５との間に温度勾配が形成され、この作動流体に生じた温度勾配によって作動流体のゆらぎが生じ、第一のスタック３ａとの間で熱交換を行いながら音波が発生する。このとき、相対的に厚く、かつ、熱伝導率の高く構成されたスタック構成要素３ｅＨとの間で大きな熱交換が行われ、迅速に音波を発生させて熱交換の効率性を向上させる。このように発生した音波は、定在波及び進行波による音エネルギーとして、第二の熱交換器３１０側へ移送される。この音エネルギーは、エネルギー保存の法則に基づき、第一の熱交換器３００での熱エネルギーの移送方向（第一高温側熱交換器４から第一低温側熱交換器５の方向）と逆方向、すなわち、第一低温側熱交換器５から第一高温側熱交換器４の方向に移送される。
【００３９】
そして、この定在波及び進行波が発生した直後に、連結管部２ｂの上側に設けられたアルゴン気体注入装置９ｂからアルゴンを注入し、一定の圧力に設定して熱交換の効率性を良くする。
【００４０】
次に、第二の熱交換器３１０側では、定在波及び進行波に基づいて、第二のスタック３ｂの導通路３０内の作動流体を膨張・収縮させる。そして、その際に熱交換された熱エネルギーを音エネルギーの移送方向と逆方向、すなわち、第二低温側熱交換器７から第二高温側熱交換器６側へ移送する。このとき、第二高温側熱交換器６側に高い熱が蓄積され、また、第二低温側熱交換器７側に低い熱が蓄積される。そして、これらの温度差によって、高い熱が第二のスタック３ｂを介して第二低温側熱交換器７側へ移送されるが、第二高温側熱交換器６及び第二低温側熱交換器７側に熱伝導率の低いスタック構成要素３ｅＬを設けているため、熱の移送が阻害される。これによって、第二低温側熱交換器７の温度をより低くすることができ、冷却対象物をより冷却することができる。
【００４１】
このように上記実施の形態によれば、複数のスタック構成要素３ｅＬ、３ｅＨを積層した第一のスタック３ａと、第一のスタック３ａの一端側に設けられた第一高温側熱交換器４と、第一のスタック３ａの他端側に設けられた第一低温側熱交換器５とを備え、第一高温側熱交換器４と第一低温側熱交換器５との間に生じた温度差によって第一のスタック３ａの導通路３０内に温度勾配を生じさせ、第一のスタック３ａから音波を発生させる第一の熱交換器３００において、第一のスタック３ａの両端側を熱伝導の低いスタック構成要素３ｅＬとし、その熱伝導率の低いスタック構成要素３ｅＬの間に、相対的に熱伝導率の高いスタック構成要素３ｅＨを設けるようにしたので、第一高温側熱交換器４で加熱された熱を第一のスタック３ａの部材を介して第一低温側熱交換器５側へ移送させることを低減することができ、第一高温側熱交換器４と第一低温側熱交換器５との温度差を大きくすることができる。これにより、温度勾配を大きくして迅速に定在波及び進行波を発生させ、熱交換の効率性を向上させることができるようになる。
【００４２】
また、第二の熱交換器３１０についても、同様に、第二のスタック３ｂの両端側を熱伝導率の低いスタック構成要素３ｅＬとしたので、音エネルギーから熱エネルギーへ変換する際、第二高温側熱交換器６側から第二低温側熱交換器７側に向けて高い熱が移送させることを低減することができ、第二低温側熱交換器７の冷却温度をより低くして、外部の冷却対象物をより冷却することができるようになる。
【００４３】
また、このような発明において、この熱伝導率の高いスタック構成要素３ｅＨを、熱伝導率の低いスタック構成要素３ｅＬの厚みよりも厚くしたので、導通路３０内に存在する作動流体との熱交換を行える面積を大きくすることができ、迅速に音波を発生させて熱交換の効率性を向上させることができるようになる。
【００４４】
更に、第一高温側熱交換器４と第一低温側熱交換器５の挟み込み力、及び、第二高温側熱交換器６と第二低温側熱交換器７の挟み込み力によって各スタック構成要素３ｅＬ、３ｅＨを積層するようにしたので、接着剤などを用いて各スタック構成要素３ｅＬ、３ｅＨを積層する場合に比べて、漏れた接着剤によって導通路３０を塞いでしまうといった不具合を防止することができる。
【００４５】
また、スタック構成要素３ｅＬ、３ｅＨを積層する場合の別の態様として、各スタック構成要素３ｅＬ、３ｅＨを自重で積層するようにしたので、第一高温側熱交換器４と第一低温側熱交換器５の幅を厳密に第一のスタック３ａの幅に合わせる必要がなく、簡単に各スタック構成要素３ｅＬ、３ｅＨを積層することができるようになる。
【００４６】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。
【００４７】
例えば、上記実施の形態においては、第一の熱交換器３００や第二の熱交換器３１０を一カ所ずつ設けるようにしているが、これに限らず、図５の熱音響装置１ａに示すように、ループ管２内に第一の熱交換器３００や第二の熱交換器３１０を複数設けるようにしても良い。この場合、ループ管２内における音波の粒子速度変動と音圧変動が同相になる位置の近傍に第一の熱交換器３００及び第二の熱交換器３１０を設けると良い。
【００４８】
更に、上記実施の形態では、第一のスタック３ａ側を加熱して第二のスタック３ｂ側を冷却する熱音響装置１を例に挙げて説明したが、これとは逆に、第一のスタック３ａ側を冷却して第二のスタック３ｂ側を加熱するようにしても良い。この熱音響装置１の例を図６に示す。
【００４９】
図６において、上記実施の形態と同じ符号を示すものは同じ構造を有するものを示している。この実施の形態における熱音響装置１ｂは、第一の実施の形態と同様に、第一の熱交換器３００と第二の熱交換器３１０を有する。そして、この実施の形態では、第一低温側熱交換器５にマイナス数十度、若しくは、これよりも低い温度に冷却するとともに、第一高温側熱交換器４及び第二低温側熱交換器７に不凍性の液体を循環させる。すると熱音響効果の原理により、第一のスタック３ａに形成された温度勾配によって自励の音波が発生する。この定在波及び進行波の音エネルギーの進行方向は、第一のスタック３ａにおける熱エネルギーの移送方向（第一高温側熱交換器４から第一低温側熱交換器５の方向）と逆方向に向かうように発生する。この定在波及び進行波による音エネルギーは、第二のスタック３ｂ側へ移送され、第二のスタック３ｂ側では、定在波及び進行波に基づく作動流体の圧力変化及び体積変化によって作動流体が膨張・収縮を繰り返し、その際に生じた熱エネルギーを音エネルギーの移送方向と逆方向である第二低温側熱交換器７から第二高温側熱交換器６側へ移送する。このようにして第二高温側熱交換器６を加熱する。
【００５０】
加えて、上記実施の形態では、定在波及び進行波をループ管２内に発生させるようにしているが、この定在波及び進行波を大きくすると音響流や作動流体の対流などが発生し、第一の熱交換器３００の熱が作動流体を介して第二の熱交換器３１０側に移送されてしまう。そして、これにより、第二低温側熱交換器７の温度が高くなって熱交換の効率性が悪くなってしまう可能性がある。このような不具合を防止するために、例えば、音響流や対流などのような作動流体の直流的な流れと逆方向の音波を発生させるスピーカや圧電フィルム、共鳴器などを設けるようにしても良い。
【００５１】
また、上記実施の形態では、第一のスタック３ａ及び第二のスタック３ｂをそれぞれスタック構成要素３ｅＬ、３ｅＨを積層した構造としているが、これらのうち、いずれか一方のスタックのみを積層した構造とし、一方を、積層しない構造としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施の形態を示す熱音響装置の概略図
【図２】同形態におけるスタックを軸方向から見た図
【図３】同形態におけるスタックの断面図
【図４】同形態における音波の粒子速度変動と音圧変動が同相になる位置と第一の熱交換器及び第二の熱交換器との位置関係を示す図
【図５】他の実施の形態における熱音響装置の概略図
【図６】他の実施の形態における熱音響装置の概略図
【符号の説明】
【００５３】
１・・・熱音響装置
２・・・ループ管
２ａ・・・直線管部
２ｂ・・・連結管部
３ａ・・・第一のスタック
３ｂ・・・第二のスタック
３ｅＬ・・・熱伝導率の低いスタック構成要素
３ｅＨ・・・熱伝導率の高いスタック構成要素
３０・・・導通路
４・・・第一高温側熱交換器
５・・・第一低温側熱交換器
６・・・第二高温側熱交換器
７・・・第二低温側熱交換器
３００・・・第一の熱交換器
３１０・・・第二の熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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